DE19954156A1

DE19954156A1 - Lichtschranke

Info

Publication number: DE19954156A1
Application number: DE19954156A
Authority: DE
Inventors: Joachim Tiedecke; Egbert Ronald Ivo Cas Visscher
Original assignee: IDM GmbH
Current assignee: IDM GmbH
Priority date: 1999-11-10
Filing date: 1999-11-10
Publication date: 2001-05-17
Also published as: WO2001035362A1; AU5406100A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Lichtschranke mit einem Sender und einem Empfänger sowie mit einer zwischen dem Sender und dem Empfänger angeordneten Messstrecke, wobei der Sender ein Sendesignal entlang der Messstrecke zu dem Empfänger sendet und wobei eine elektronische Schaltung zur Überwachung des Sendesignals vorgesehen ist, wobei das Sendesignal moduliert ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lichtschranke mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

Derartige Lichtschranken sind aus der Praxis bekannt, deren Signale entgegen der allgemeinen Bezeichnung nicht notwendigerweise aus Licht bestehen müssen, sondern allgemeine elektromagnetische Wellen umfassen können. Zur Überwachung einer Messstrecke ist üblicherweise ein Sender für einen Strahl elektromagnetischer Wellen, also insbesondere Radar, Infrarot oder sichtbares Licht, vorgesehen, der den Strahl entlang der Messstrecke aussendet. Am Ende der Messstrecke ist ein Empfänger vorgesehen, der den Lichtstrahl aufnimmt und auswertet. Sender und Empfänger können an gegenüberliegenden Enden einer geraden Linie liegen. Der Strahl kann auch je nach Anwendung umgelenkt oder über einen Retroreflektor reflektiert werden, so dass Sender und Empfänger in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet werden können.

Die bekannten Lichtschranken senden einen kontinuierlichen Strahl aus, der im Empfänger ein konstantes empfangenes Signal erzeugt. Sobald die Lichtschranke unterbrochen wird, was durch Abwesenheit des Strahls am Empfänger angezeigt wird, wird ein Signal ausgelöst. Die Signale können verschiedenen Zwecken dienen. So kann beispielsweise ein Bereich auf Betreten durch Personen überwacht werden.

Bei den bekannten Lichtschranken kann das Auslösen des Signals verhindert werden, indem der Strahl über Spiegel oder Reflektoren in der Weise zum Empfänger umgelenkt wird, dass ein Korridor geschaffen wird, der einen Zugang ohne Unterbrechung des Strahls der Lichtschranke gestattet.

Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lichtschranke dahingehend zu verbessern, dass wenigstens eine weitere Eigenschaft des Signals auszuwerten ist.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass das Sendesignal moduliert ist. Bei einem modulierten Sendesignal kann neben der reinen Unterbrechung auch wenigstens eine weitere Eigenschaft des Empfangssignals gemessen werden, beispielsweise die Dämpfung oder die Phasenlage. Eine Veränderung eines dieser Parameter kann dann auch bei ansonsten nicht unterbrochenem Lichtstrahl zur Entscheidung, ob ein Signal ausgelöst werden soll oder nicht, ausgewertet werden.

In der Praxis ergeben sich gute Auswertemöglichkeiten für das Sendesignal, wenn dieses gepulst ist. Die Signalpulse können anhand der Laufzeit und der Flankensteilheit oder der Amplitude analysiert werden. Weiter ergibt sich eine wirtschaftliche Ausführungsform, wenn der Sender und der Empfänger auf derselben Seite der Messstrecke angeordnet sind und auf der gegenüberliegenden Seite ein Reflektor vorgesehen ist. Eine zuverlässige Erkennung der Manipulation oder sonstigen Beeinflussung des Sendesignals entlang der Messstrecke ist möglich, wenn das Empfangssignal empfängerseitig als Ist-Signal nach Amplitude und Laufzeit oder nach der Signalform analysiert wird und bei Abweichung des Ist-Signals von wenigstens einem gespeicherten Sollwert ein Signal ausgelöst wird. Wenn der Sollwert während des Betriebes mit einer gegenüber einer zu erwartenden Störung langen Zeitkonstanten anhand des Ist-Signals geändert wird, kann Änderungen oder Schwankungen im Bereich der Lichtschranke Rechnung getragen werden. So kann beispielsweise das Sollsignal bei nachlassender Wirksamkeit des Senders oder des Empfängers infolge von Alterungsprozessen oder bei allmählicher Verschmutzung der Optik angepasst werden.

Schließlich kann das Sendesignal mit einer Wellenlänge im Radarbereich, im Infrarotbereich oder im sichtbaren Bereich ausgesendet werden.

Die Aufgabe wird außerdem durch ein Verfahren zum Betrieb einer Lichtschranke mit den Merkmalen des Anspruchs 7 gelöst.

Weil bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen ist, den Signalpuls nach Amplitude und Laufzeit oder nach der Pulsform auszuwerten, führen Veränderungen des Lichtstrahls wie z. B. Verkürzungen des Messweges, Verlängerungen des Messweges oder eine Umlenkung zu einem auswertbaren Signal. Eine langsame Anpassung des Sollwertes an unvermeidbare Veränderungen ist möglich, wenn der Sollwert laufend als gleitender Durchschnitt einer Vielzahl von zuvor gemessenen Ist-Werten aktualisiert wird.

Wenn bei einer Abweichung eines bestimmten Signalparameters vom Sollwert ein anders Signal ausgelöst wird als bei einer Abweichung eines anderen Parameters, können verschiedene Arten der Beeinflussung des Messwertes unterschieden werden. So kann z. B. zwischen einer Manipulation und einer vollständigen Unterbrechung des Lichtstrahls unterschieden werden.

Im folgenden wir ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 Eine Lichtschranke in einer Prinzipdarstellung;

Fig. 2 ein Messsignal mit gegenüber dem Referenzsignal verminderter Amplitude; sowie

Fig. 3 ein Messsignal mit gegenüber dem Referenzsignal geänderter Laufzeit.

In der Fig. 1 ist eine Lichtschranke mit einer Sende-/Empfangs einheit 1 und einem beabstandet hiervon angeordneten Reflektor 2 veranschaulicht. Die Sende- und Empfangseinheit 1 umfasst einen Sender 3 mit nicht näher dargestellten Strahlerzeugungsmitteln, beispielsweise einer Laserdiode und einer entsprechenden strahlformenden Optik. Weiter ist in der Sende- und Empfangseinheit 1 ein Empfänger 4 vorgesehen, der einen ebenfalls nicht näher dargestellten Detektor für Sendesignale enthält, beispielsweise in Form einer Optik und einer Fotodiode. Schließlich enthält die Sende- und Empfangseinheit 1 noch eine elektronische Steuerung 5, die zur Ansteuerung der Sendeeinheit 3 und der Empfangseinheit 4 sowie zur externen Signalabgabe eingerichtet ist.

Die Sendeeinheit 3 erzeugt einen Lichtstrahl 6, der auf den gegenüberliegenden Retroreflektor 2 gerichtet ist. Dieser reflektiert den Lichtstrahl 6 in der Praxis etwa parallel entlang der Linie 6' zurück auf die Empfangseinheit 4, wo der Lichtstrahl empfangen und ausgewertet wird. Die Sende- und Empfangseinheit 1 und der Reflektor 2 begrenzen zwischen sich einen zu überwachenden Bereich, während die Lichtstrahlen 6 und 6' den Messweg darstellen.

Die Fig. 2 zeigt zwei mit der Empfangseinheit 3 aufgezeichnete Signale in einer Darstellung, in der die X-Achse die Zeit darstellt und die Y-Achse die gemessene Intensität. Die Fig. 2 zeigt ein Signal 10 mit größerer Amplitude sowie ein Signal 11 mit geringerer Amplitude. Die Laufzeit der beiden Signale ist identisch. Das Signal 10 stellt dabei das ungestörte Signal oder den Sollwert eines von der Sendeeinheit 3 ausgesendeten, am Reflektor 2 reflektierten und in der Empfangseinheit 4 registrierten gepulsten Sendesignals dar. Das Signal 11 ist demgegenüber gedämpft, was bei unveränderter Länge des Messweges 6, 6' für einen Eingriff in die Übertragungseigenschaften entlang des Signalweges spricht. Beispielsweise kann dieses Signal durch Rauch erzeugt werden.

In der Fig. 3 ist schließlich eine Darstellung entsprechend Fig. 2 gewählt, in der ein Sollsignal 12 und ein Ist-Signal 13 dargestellt sind. Das Ist-Signal 13 weist gegenüber dem Signal 12 eine geringere Laufzeit zwischen der Sendeeinheit 3 und der Empfangseinheit 4 auf. Dieses Signal 12 spricht dafür, dass bei seiner Messung der Messweg 6, 6" verkürzt war.

In der Praxis wird von der Sende- und Empfangseinheit 1 über die Steuerung 5 und die Sendeeinheit 3 ein gepulstes Sendesignal mit einer bestimmten Pulsdauer und Pulsamplitude ausgesendet. Dieses Signal wird bei ungestörtem Messweg 6, 6' am Reflektor 2 reflektiert und im Empfänger 4 aufgezeichnet. Dieses Signal wird in der Steuerung 5 als Sollsignal gespeichert und entspricht in den Fig. 2 und 3 den Signalen 10 bzw. 12.

Die Aussendung des gepulsten Signals wird im folgenden Betrieb regelmäßig wiederholt, wobei in der Steuerung 5 das jeweils empfangene Signal mit dem Sollsignal verglichen wird. Langsame Änderungen durch Alterung der Elektronik, Temperaturschwankungen oder Verschmutzungen der Optik bzw. des Reflektors 2 werden durch Anpassung des Sollsignals mit einer langen Zeitkonstante oder durch Bildung gleitender Durchschnitte adaptiert, ohne dass sie zu einer Alarmauslösung führen.

Wenn im Bereich der überwachten Messstrecke 6, 6' das Signal vollständig ausbleibt, wird auf eine Unterbrechung geschlossen und wie bei einer herkömmlichen Lichtschranke ein Alarmsignal ausgelöst. Wenn die Übertragung des Sendesignals mit erhöhter Dämpfung erfolgt, also eine geringere Amplitude wie in der Fig. 2 im Signal 11 vorliegt, kann darauf geschlossen werden, dass Rauch in den Signalweg eingedrungen ist. Dieses Signal unveränderter Laufzeit und geringerer Amplitude kann also zur Auslösung eines Feueralarms benutzt werden. Wenn dagegen wie in der Fig. 3 das Ist-Signal mit verkürzter Laufzeit gegenüber dem Sollsignal ermittelt wird, so kann darauf geschlossen werden, dass der Messweg 6, 6' durch Einbringen eines anderen Reflektors in den Messweg verkürzt wurde. Eine derartige Manipulation der Lichtschranke führt ebenso wie eine vollständige Unterbrechung des Sendesignals zur Auslösung eines Signals, das ein unbefugtes Betreten anzeigen kann.

Claims

1. Lichtschranke mit einem Sender (3) und einem Empfänger (4) sowie mit einer zwischen dem Sender (3) und dem Empfänger (4) angeordneten Messstrecke (6, 6'), wobei der Sender (3) ein Sendesignal (10) entlang der Messstrecke (6, 6') zu dem Empfänger (4) sendet und wobei eine elektronische Schaltung (5) zur Überwachung des empfangenen Signals (11) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Sendesignal (10) moduliert ist.

2. Lichtschranke nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Sendesignal (10) gepulst ist.

3. Lichtschranke nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sender (3) und der Empfänger (4) auf derselben Seite der Messstrecke (6, 6') angeordnet sind und auf der gegenüberliegenden Seite ein Reflektor (2) vorgesehen ist.

4. Lichtschranke nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Empfangssignal (11) empfängerseitig als Ist-Signal nach Amplitude und Laufzeit analysiert wird und bei Abweichungen des Ist-Signals von wenigstens einem gespeicherten Sollwert ein Signal ausgelöst wird.

5. Lichtschranke nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sollwert während des Betriebes mit einer gegenüber einer zu erwartenden Störung langen Zeitkonstante anhand des Ist-Signals geändert wird.

6. Lichtschranke nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sendesignal (10) mit einer Wellenlänge im Radarbereich, im Infrarotbereich oder im sichtbaren Bereich ausgesendet wird.

7. Verfahren zum Betrieb einer Lichtschranke mit folgenden Schritten:
Aussenden eines Sendepulses (10) entlang einer zu überwachenden Messstrecke (6, 6');
Empfangen des direkten oder reflektierten Sendepulses am Ende der Messstrecke (6, 6') als Empfangssignal (11);
Auswerten des Empfangssignals (11) nach Amplitude und Phase oder Signalform;
Vergleichen der Amplitude und Phase oder der Signalform als Ist-Wert mit einem Sollwert;
Auslösen eines Signals bei einer Abweichung des Ist- Werts von dem Sollwert um mehr als eine Toleranz.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Sollwert laufend als gleitender Durchschnitt einer Vielzahl von zuvor gemessenen Ist-Werten aktualisiert wird.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Abweichung eines ausgewählten Signalparameters vom Sollwert je nach Art des Parameters ein anderes Signal ausgelöst wird.